Cara termudah untuk memahami cara kerja penukar panas tipe shell-and-tube adalah dengan mempelajari diagram skematiknya:

Gambar 1. Prinsip operasi penukar panas shell-and-tube. Namun, skema ini hanya mengilustrasikan apa yang telah dikatakan: dua aliran pertukaran panas yang terpisah dan tidak bercampur yang melewati bagian dalam cangkang dan melalui berkas tabung. Akan jauh lebih jelas jika diagram tersebut dianimasikan.

Gambar 2. Animasi pengoperasian penukar panas shell-and-tube. Ilustrasi ini menunjukkan tidak hanya prinsip operasi dan desain penukar panas, tetapi juga bagaimana penukar panas terlihat dari luar dan dalam. Ini terdiri dari casing silinder dengan dua fitting, di dalamnya dan dua ruang distribusi di kedua sisi casing.

Pipa-pipa dirakit menjadi satu dan dipegang di dalam selubung dengan menggunakan dua lembaran tabung - semua piringan logam dengan lubang yang dibor di dalamnya; lembaran tabung memisahkan ruang distribusi dari rumah penukar panas. Pipa pada lembaran tabung dapat diikat dengan pengelasan, pemuaian atau kombinasi dari kedua metode ini.

Gambar 3 Lembar tabung dengan tabung bundel berkobar. Coolant pertama langsung masuk ke casing melalui inlet fitting dan keluar melalui outlet fitting. Pendingin kedua pertama-tama dimasukkan ke dalam ruang distribusi, dari mana ia diarahkan ke bundel tabung. Begitu berada di ruang distribusi kedua, aliran "berputar" dan kembali melewati pipa ke ruang distribusi pertama, dari mana ia keluar melalui fitting outletnya sendiri. Dalam hal ini, aliran balik diarahkan melalui bagian lain dari bundel tabung, agar tidak mengganggu aliran aliran "maju".

Nuansa teknis

1. Harus ditekankan bahwa diagram 1 dan 2 menunjukkan pengoperasian penukar panas dua lintasan (pembawa panas melewati bundel tabung dalam dua lintasan - aliran langsung dan balik). Dengan demikian, perpindahan panas yang lebih baik dicapai dengan panjang pipa dan badan penukar yang sama; namun, pada saat yang sama, diameternya meningkat karena peningkatan jumlah pipa dalam bundel tabung. Masih ada lagi model sederhana, di mana pendingin melewati bundel tabung hanya dalam satu arah:

Gambar 4 diagram sirkuit penukar panas lintasan tunggal. Selain penukar panas satu dan dua lintasan, ada juga penukar panas empat, enam, dan delapan lintasan, yang digunakan tergantung pada spesifikasi tugas tertentu.

2. Diagram animasi 2 menunjukkan pengoperasian penukar panas dengan baffle dipasang di dalam casing, yang mengarahkan aliran pembawa panas di sepanjang jalur zigzag. Dengan demikian, aliran silang pembawa panas disediakan, di mana pembawa panas "eksternal" mencuci tabung bundel tegak lurus terhadap arahnya, yang juga meningkatkan perpindahan panas. Ada model dengan desain yang lebih sederhana, di mana cairan pendingin mengalir dalam selubung sejajar dengan pipa (lihat diagram 1 dan 4).

3. Karena koefisien perpindahan panas tidak hanya bergantung pada lintasan aliran media yang bekerja, tetapi juga pada area interaksinya (dalam hal ini, pada luas total semua pipa bundel tabung), juga seperti pada kecepatan pembawa panas, dimungkinkan untuk meningkatkan perpindahan panas melalui penggunaan pipa dengan perangkat khusus - turbulator .

Gambar 5 Pipa untuk penukar panas shell-and-tube dengan knurling bergelombang. Penggunaan pipa semacam itu dengan turbulator dibandingkan dengan pipa silinder tradisional memungkinkan peningkatan daya termal unit sebesar 15 - 25 persen; selain itu, karena terjadinya proses pusaran di dalamnya, terjadi pembersihan sendiri Permukaan dalam pipa dari deposit mineral.

Perlu dicatat bahwa karakteristik perpindahan panas sangat tergantung pada bahan pipa, yang harus memiliki konduktivitas termal yang baik, kemampuan menahan tekanan tinggi. lingkungan kerja dan menjadi tahan korosi. Bersama-sama, persyaratan ini air tawar, uap dan minyak pilihan terbaik adalah perangko modern baja tahan karat berkualitas tinggi; untuk air laut atau air yang mengandung klor - kuningan, tembaga, cupronickel, dll.

Memproduksi penukar panas shell and tube standar dan retrofit sesuai dengan teknologi modern untuk jalur baru yang dipasang, dan juga memproduksi unit yang dirancang untuk menggantikan penukar panas yang telah menghabiskan sumber dayanya. dan pembuatannya dibuat sesuai dengan pesanan individu, dengan mempertimbangkan semua parameter dan persyaratan dari situasi teknologi tertentu.

Di antara semua jenis penukar panas, jenis ini adalah yang paling umum. Ini digunakan saat bekerja dengan media cair, gas, dan uap apa pun, termasuk jika keadaan media berubah selama proses distilasi.

Sejarah penampilan dan implementasi

Penukar panas shell-and-tube (atau) ditemukan pada awal abad terakhir, untuk digunakan secara aktif selama pengoperasian pembangkit listrik termal, di mana sejumlah besar air panas didistilasi pada tekanan tinggi. Di masa depan, penemuan ini mulai digunakan dalam pembuatan evaporator dan struktur pemanas. Selama bertahun-tahun, desain penukar panas shell-and-tube telah meningkat, desain menjadi tidak terlalu rumit, sekarang sedang dikembangkan sehingga dapat diakses untuk dibersihkan. elemen individu. Lebih sering, sistem seperti itu mulai digunakan dalam industri dan produksi penyulingan minyak bahan kimia rumah tangga, karena produk dari industri ini membawa banyak kotoran. Sedimen mereka hanya membutuhkan pembersihan berkala dari dinding bagian dalam penukar panas.

Seperti yang kita lihat dalam diagram yang disajikan, penukar panas shell-and-tube terdiri dari bundel tabung yang terletak di ruang mereka dan dipasang di papan atau jeruji. Casing - sebenarnya, nama seluruh ruang, dilas dari lembaran minimal 4 mm (atau lebih, tergantung pada sifat lingkungan kerja), di mana ada tabung kecil dan papan. Baja lembaran biasanya digunakan sebagai bahan papan. Di antara mereka, tabung dihubungkan oleh pipa cabang, ada juga saluran masuk dan keluar ke ruang, saluran kondensat, dan partisi.

Tergantung pada jumlah pipa dan diameternya, kekuatan penukar panas bervariasi. Jadi, jika permukaan perpindahan panas sekitar 9.000 sq. m., kapasitas penukar panas akan menjadi 150 MW, ini adalah contoh pengoperasian turbin uap.

Perangkat penukar panas shell-and-tube melibatkan koneksi pipa yang dilas dengan papan dan penutup, yang bisa berbeda, serta lekukan casing (dalam bentuk huruf U atau W). Di bawah ini adalah jenis perangkat yang paling sering ditemui dalam praktik.

Fitur lain dari perangkat ini adalah jarak antara pipa, yang harus 2-3 kali penampangnya. Akibatnya, koefisien perpindahan panas kecil, dan ini berkontribusi pada efisiensi seluruh penukar panas.

Berdasarkan namanya, alat penukar panas adalah alat yang dibuat untuk mentransfer panas yang dihasilkan ke benda yang dipanaskan. Pendingin dalam hal ini adalah desain yang dijelaskan di atas. Operasi penukar panas shell-and-tube adalah bahwa media kerja dingin dan panas bergerak melalui cangkang yang berbeda, dan pertukaran panas terjadi di ruang di antara mereka.

Media kerja di dalam pipa adalah cairan, sedangkan uap panas melewati jarak antar pipa, membentuk kondensat. Karena dinding pipa memanas lebih dari papan tempat mereka dipasang, perbedaan ini harus dikompensasi, jika tidak, perangkat akan kehilangan panas yang signifikan. Tiga jenis yang disebut kompensator digunakan untuk ini: lensa, kelenjar atau bellow.

Juga, saat bekerja dengan cairan di bawah tekanan tinggi, penukar panas ruang tunggal digunakan. Mereka memiliki tikungan U, tipe W, yang diperlukan untuk menghindari tekanan tinggi pada baja yang disebabkan oleh ekspansi termal. Produksinya cukup mahal, pipa jika diperbaiki sulit diganti. Oleh karena itu, penukar panas seperti itu kurang diminati di pasar.

Tergantung pada metode pemasangan pipa ke papan atau jeruji, ada:

• Pipa yang dilas;
• Tetap di ceruk yang melebar;
• Dibaut ke flensa;
• tertutup;
• Memiliki segel minyak dalam desain pengikat.

Menurut jenis konstruksi, penukar panas shell-and-tube adalah (lihat diagram di atas):

• Rigid (huruf pada gambar a, j), tidak kaku (d, e, f, h, i) dan semi-kaku (huruf pada gambar b, c dan g);
• Dengan jumlah gerakan - tunggal atau multi-arah;
• Dalam arah aliran fluida teknis - langsung, melintang atau melawan arus searah;
• Berdasarkan lokasi, papan horizontal, vertikal dan terletak di bidang miring.

Berbagai macam penukar panas shell-and-tube

1. Tekanan di dalam pipa bisa mencapai nilai yang berbeda, dari vakum ke tertinggi;
2. Bisa dihubungi kondisi yang diperlukan oleh tekanan termal, sementara harga perangkat tidak akan berubah secara signifikan;
3. Dimensi sistem juga bisa berbeda: dari penukar panas rumah tangga di kamar mandi hingga kawasan industri seluas 5.000 meter persegi. m.;
4. Tidak perlu membersihkan lingkungan kerja terlebih dahulu;
5. Gunakan untuk membuat inti bahan yang berbeda, tergantung biaya produksi. Namun, mereka semua memenuhi persyaratan suhu, tekanan dan ketahanan korosi;
6. Bagian pipa yang terpisah dapat dilepas untuk dibersihkan atau diperbaiki.

Apakah desain memiliki kekurangan? Bukan tanpa mereka: penukar panas shell-and-tube sangat besar. Karena ukurannya, seringkali membutuhkan yang terpisah ruang teknis. Karena konsumsi logam yang tinggi, biaya pembuatan perangkat semacam itu juga tinggi.

Dibandingkan dengan U, W-tube dan penukar panas tabung tetap, penukar panas shell and tube memiliki keunggulan lebih dan lebih efisien. Karena itu, mereka lebih sering dibeli, meskipun harganya mahal. Di sisi lain, produksi mandiri sistem seperti itu akan menyebabkan kesulitan besar, dan kemungkinan besar akan menyebabkan kehilangan panas yang signifikan selama operasi.

Perhatian khusus selama pengoperasian penukar panas harus diberikan pada kondisi pipa, serta penyesuaian tergantung pada kondensat. Setiap intervensi dalam sistem menyebabkan perubahan di area pertukaran panas, oleh karena itu, perbaikan dan commissioning harus dilakukan oleh spesialis terlatih.

Anda mungkin tertarik pada:

Pompa industri diperlukan secara praktis pada produksi apa pun. Tidak seperti pompa rumah tangga mereka harus menahan beban tinggi, tahan aus dan memiliki kinerja maksimal. Selain itu, pompa jenis ini harus hemat biaya untuk perusahaan tempat mereka digunakan. Untuk membeli pompa industri yang sesuai, perlu mempelajari karakteristik utamanya dan mempertimbangkan ...

Pemanasan dan pendinginan cairan merupakan langkah penting dalam sejumlah proses teknologi. Untuk ini, penukar panas digunakan. Prinsip pengoperasian peralatan didasarkan pada perpindahan panas dari pendingin, yang fungsinya dilakukan oleh air, uap, media organik dan anorganik. Memilih penukar panas mana yang terbaik untuk tertentu proses produksi, Anda harus didasarkan pada fitur desain dan bahan, dari ...

Bak vertikal berbentuk tangki silinder yang terbuat dari logam (kadang dibuat persegi). Bentuk bagian bawahnya berbentuk kerucut atau piramidal. Pemukim dapat diklasifikasikan berdasarkan desain saluran masuk - pusat dan periferal. Tampilan yang paling umum digunakan dengan saluran masuk tengah. Air di bah bergerak dalam gerakan turun-naik. Prinsip kerja vertikal...

Kementerian Energi telah mengembangkan rencana pengembangan listrik hijau pada tahun 2020. Pembagian listrik dari sumber alternatif listrik harus mencapai 4,5% dari total jumlah energi yang dihasilkan dalam negeri. Namun, menurut para ahli, negara itu sama sekali tidak membutuhkan listrik sebanyak itu dari sumber terbarukan. Pendapat umum di daerah ini adalah untuk mengembangkan pembangkit listrik melalui ...

Penukar panas adalah perangkat di mana panas ditransfer antara pendingin.

Prinsip operasi

Penukar panas shell and tube adalah jenis penyembuhan, di mana media dipisahkan oleh dinding. Pekerjaan mereka terdiri dari proses pertukaran panas antara cairan. Dalam hal ini, status agregasi mereka dapat berubah. Pertukaran panas juga dapat terjadi antara cairan dan uap atau gas.

Keuntungan dan kerugian

Penukar panas shell and tube adalah umum karena kualitas positif berikut:

• ketahanan terhadap tekanan mekanis dan palu air;
• persyaratan kebersihan media yang rendah;
• keandalan dan daya tahan tinggi;
• lebar barisan;
• kemungkinan aplikasi dengan lingkungan yang berbeda.

Untuk kerugian jenis ini model meliputi:

• koefisien perpindahan panas rendah;
• dimensi yang signifikan dan konsumsi logam yang tinggi;
• harga tinggi karena peningkatan konsumsi logam;
• kebutuhan untuk menggunakan perangkat dengan margin besar karena penyumbatan pipa yang rusak selama perbaikan;
• fluktuasi tingkat kondensat mengubah pertukaran panas pada perangkat horizontal secara non-linier.

Penukar panas shell and tube memiliki koefisien perpindahan panas yang rendah. Ini sebagian karena fakta bahwa ruang kasingnya 2 kali lebih besar dari totalnya persilangan tabung. Penggunaan baffle memungkinkan untuk meningkatkan kecepatan fluida dan meningkatkan perpindahan panas.

PADA anulus pendingin lewat, dan media yang dipanaskan disuplai melalui tabung. Demikian pula, itu juga bisa didinginkan. Efisiensi perpindahan panas dipastikan dengan menambah jumlah tabung atau dengan menciptakan arus melintang dari pendingin eksternal.

Kompensasi perpanjangan termal

Suhu pembawa panas berbeda dan sebagai akibatnya, deformasi termal elemen struktural terjadi. Penukar panas shell and tube tersedia dengan atau tanpa kompensasi ekspansi. Pengikatan kaku tabung diperbolehkan ketika perbedaan suhu antara itu dan tubuh hingga 25-30 0 C. Jika melebihi batas ini, kompensator suhu berikut digunakan.

1. Kepala "Mengambang" - salah satu kisi tidak terhubung ke selubung dan bergerak bebas ke arah aksial ketika tabung diperpanjang. Desainnya adalah yang paling dapat diandalkan.
2. Kompensator lensa dalam bentuk kerut dibuat pada tubuh, yang dapat mengembang atau berkontraksi.
3. Kompensator kotak isian dipasang di bagian bawah atas, yang memiliki kemampuan untuk bergerak bersama dengan jeruji selama ekspansi termal.
4. Pipa berbentuk U diperpanjang secara bebas di media perpindahan panas. Kerugiannya adalah kompleksitas manufaktur.

Jenis penukar panas shell and tube

Desain perangkatnya sederhana, selalu diminati. Tubuh silinder adalah selubung baja diameter besar. Flensa dibuat di tepinya, tempat penutup dipasang. Bundel tabung dipasang di lembaran tabung di dalam tubuh dengan pengelasan atau ekspansi.

Bahan untuk tabung adalah baja, tembaga, kuningan, titanium. Papan baja diikat di antara flensa atau dilas ke casing. Kamar terbentuk di antara mereka dan tubuh di dalam, di mana pendingin lewat. Ada juga baffle yang mengubah pergerakan fluida yang melewati penukar panas shell and tube. Desainnya memungkinkan Anda untuk mengubah kecepatan dan arah aliran yang lewat di antara tabung, sehingga meningkatkan intensitas perpindahan panas.

Perangkat dapat ditempatkan di ruang secara vertikal, horizontal atau dengan kemiringan.

Berbagai jenis penukar panas shell-and-tube berbeda dalam pengaturan baffle dan dalam pengaturan sambungan ekspansi. Dengan sejumlah kecil tabung dalam bundel, casing memiliki diameter kecil, dan permukaan pertukaran panas kecil. Untuk meningkatkannya, penukar panas dihubungkan secara seri dalam beberapa bagian. Yang paling sederhana adalah desain pipa-dalam-pipa, yang sering dibuat sendiri. Untuk melakukan ini, perlu untuk memilih dengan benar diameter bagian dalam dan pipa luar dan kecepatan aliran pembawa panas. Kemudahan pembersihan dan perbaikan dipastikan dengan lutut yang menghubungkan bagian yang berdekatan. Desain ini sering digunakan sebagai penukar panas shell-and-tube steam-water.

Penukar panas spiral adalah saluran yang terbuat dari bentuk persegi panjang dan dilas dari lembaran, di mana pembawa panas bergerak. Keuntungannya adalah permukaan kontak yang besar dengan cairan, dan kerugiannya adalah tekanan yang diijinkan rendah.

Desain baru penukar panas

Di zaman kita, produksi penukar panas kompak dengan permukaan timbul dan pergerakan cairan yang intensif mulai berkembang. Akibatnya, karakteristik teknisnya mendekati perangkat pipih. Tetapi produksi yang terakhir juga berkembang, dan sulit untuk mengejar mereka. Mengganti penukar panas shell-and-tube dengan penukar panas pelat adalah bijaksana karena keuntungan berikut:

Kerugiannya adalah kontaminasi cepat pada pelat karena ukuran celah yang kecil di antara mereka. Jika pendingin disaring dengan baik, penukar panas akan bekerja untuk waktu yang lama. Partikel halus tidak tertahan pada pelat yang dipoles, dan turbulensi cairan juga mencegah pengendapan kontaminan.

Meningkatkan intensitas pertukaran panas perangkat

Spesialis terus mengembangkan penukar panas shell-and-tube baru. spesifikasi ditingkatkan melalui penggunaan metode berikut:

Turbulensi aliran fluida secara signifikan mengurangi penumpukan kerak pada dinding pipa. Akibatnya, tidak diperlukan tindakan pembersihan, yang diperlukan untuk permukaan yang halus.

Produksi penukar panas shell-and-tube dengan pengenalan metode baru memungkinkan untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas 2-3 kali lipat.

Mengingat biaya dan biaya energi tambahan, produsen sering mencoba mengganti penukar panas dengan penukar panas pelat. Dibandingkan dengan shell-and-tube konvensional, mereka 20-30% lebih baik dalam perpindahan panas. Hal ini lebih terkait dengan perkembangan produksi peralatan baru yang masih mengalami kesulitan.

Pengoperasian penukar panas

Perangkat membutuhkan inspeksi dan kontrol pekerjaan secara berkala. Parameter seperti suhu diukur dari nilai masuk dan keluarnya. Jika efisiensi kerja menurun, Anda perlu memeriksa kondisi permukaan. Deposit garam terutama mempengaruhi parameter termodinamika penukar panas, di mana celahnya kecil. Permukaan dibersihkan dengan cara kimia, serta karena penggunaan getaran ultrasonik dan turbulensi aliran pembawa panas.

Perbaikan perangkat shell-and-tube terutama terdiri dari penyegelan tabung bocor, yang memperburuk karakteristik teknisnya.

Kesimpulan

Penukar panas shell and tube yang optimal bersaing dengan penukar panas pelat dan dapat digunakan di banyak bidang teknologi. Desain baru memiliki dimensi dan konsumsi logam yang jauh lebih kecil, yang memungkinkan untuk mengurangi area kerja dan mengurangi biaya pembuatan dan pengoperasian.

Penukar panas shell and tube, jenis dan desainnya

Penukar panas cangkang dan tabung- desain peralatan pertukaran panas yang paling umum. Menurut GOST 9929, penukar panas shell-and-tube baja diproduksi dalam jenis berikut: TN - dengan lembaran tabung tetap; TK - dengan kompensator suhu pada casing; TP - dengan kepala mengambang; TU - dengan pipa berbentuk U; TPK - dengan kepala mengambang dan kompensator di atasnya (Gambar 2.49).

Gambar 2.49 - Jenis TOA shell-and-tube

Tergantung pada tujuannya, perangkat shell-and-tube dapat berupa penukar panas, lemari es, kondensor, dan evaporator; mereka dibuat single- dan multi-pass.

Gambar 2.50 - Penukar panas horizontal dua arah tipe TH

Penukar panas horizontal dua arah dengan lembaran tabung tetap (tipe TN - Gambar 2.50) terdiri dari selubung las silinder 5, ruang distribusi 11 dan dua penutup 4. Bundel tabung (Gambar 2.51) dibentuk oleh pipa 7 yang dipasang menjadi dua lembaran tabung 3. Lembar tabung dilas ke casing. Penutup, ruang distribusi, dan selubung dihubungkan oleh flensa. Di dalam casing dan ruang distribusi terdapat fitting untuk input dan output pembawa panas dari ruang pipa (fitting 1, 12) dan annulus (fitting 2, 10). Partisi 13 di ruang distribusi membentuk saluran pendingin melalui pipa (Gambar 2.52). Untuk menutup sambungan antara partisi longitudinal dan lembaran tabung, gasket (14) digunakan, yang ditempatkan di alur kisi 3.

Gambar 2.51 - Bundel tabung

Gambar 2.52 - TOA Ganda	Gambar 2.53 - Lembar tabung

Penukar panas dari kelompok ini diproduksi untuk tekanan nominal 0,6–4,0 MPa, dengan diameter 159–1200 mm, dengan permukaan pertukaran panas hingga 960 m 2; panjangnya mencapai 10 m, beratnya mencapai 20 ton Penukar panas jenis ini digunakan hingga suhu 350 °C.

Fitur perangkat tipe TN adalah bahwa pipa terhubung secara kaku ke lembaran tabung (Gambar 2.53), dan kisi-kisi terhubung ke bodi. Dalam hal ini, kemungkinan pergerakan pipa dan selubung bersama tidak termasuk; oleh karena itu, perangkat jenis ini juga disebut penukar panas kaku.

Karena intensitas perpindahan panas dengan aliran melintang di sekitar pipa dengan pendingin lebih tinggi daripada dengan yang memanjang, partisi melintang 6 dipasang dengan pengikat 5 dipasang di ruang melingkar penukar panas, memberikan gerakan zig-zag pendingin di sepanjang panjang alat dalam anulus.

Di saluran masuk media pertukaran panas ke ruang annular, bumper 9 disediakan - pelat bundar atau persegi panjang yang melindungi pipa dari keausan erosi lokal.

Keuntungan dari perangkat jenis ini adalah kesederhanaan desain dan, akibatnya, biaya yang lebih rendah.

Namun, mereka memiliki dua kelemahan utama. Pertama, membersihkan ruang annular perangkat semacam itu sulit, oleh karena itu, penukar panas jenis ini digunakan dalam kasus di mana media yang melewati anulus bersih, tidak agresif, yaitu ketika tidak perlu dibersihkan.

Kedua, perbedaan yang signifikan antara suhu tabung dan selubung pada perangkat ini menyebabkan perpanjangan tabung yang lebih besar dibandingkan dengan selubung, yang menyebabkan terjadinya tekanan termal pada lembaran tabung 5, melanggar keketatan tabung di kisi dan mengarah ke masuknya satu media penukar panas ke yang lain. Oleh karena itu, penukar panas jenis ini digunakan ketika perbedaan suhu media pertukaran panas yang melewati tabung dan ruang melingkar tidak lebih dari 50 ° C dan dengan panjang peralatan yang relatif pendek.

Aparatus shell-and-tube dengan kompensator lensa pada bodi (tipe TK) ditunjukkan pada Gambar 2.54a. Perangkat tersebut memiliki selubung silinder 1, di mana bundel tabung 2 berada; lembaran tabung 3 dengan tabung berkobar terpasang ke badan peralatan. Pada kedua ujungnya, penukar panas ditutup dengan penutup 4. Peralatan dilengkapi dengan alat kelengkapan 5 untuk media pertukaran panas; satu medium melewati tabung, yang lain melewati anulus. Penukar panas dengan kompensator suhu tipe TK memiliki lembaran tabung tetap dan dilengkapi dengan elemen fleksibel khusus 6 (lensa) untuk mengkompensasi perbedaan perpanjangan selubung dan pipa yang dihasilkan dari perbedaan suhunya. Paling sering dalam peralatan tipe TK, kompensator lensa elemen tunggal dan multi digunakan (Gambar 2.55), dibuat dengan menjalankan dari cangkang silinder pendek. Elemen lensa yang ditunjukkan pada Gambar 2.55b dilas dari dua semi-lensa yang diperoleh dari lembaran dengan dicap.

Kemampuan kompensasi kompensator lensa kira-kira sebanding dengan jumlah elemen lensa di dalamnya, namun, tidak disarankan untuk menggunakan kompensator dengan lebih dari empat lensa, karena ketahanan selubung terhadap pembengkokan berkurang tajam. Untuk meningkatkan kemampuan kompensasi kompensator lensa, itu dapat dikompresi sebelumnya selama perakitan casing (jika dirancang untuk bekerja dalam ketegangan) atau diregangkan (saat bekerja dalam kompresi).

Saat memasang kompensator lensa pada perangkat horizontal lubang drainase dibor di bagian bawah setiap lensa dengan colokan untuk mengalirkan air setelahnya tes hidrolik perangkat.

Penukar panas dengan tabung berbentuk U dari tipe TU (Gambar 2.56) memiliki satu lembar tabung, di mana kedua ujung tabung berbentuk U 7 digulung, yang memastikan pemanjangan bebas tabung ketika suhunya berubah. Kerugian dari perangkat tersebut adalah kesulitan membersihkan permukaan bagian dalam pipa, akibatnya mereka digunakan terutama untuk produk bersih.

Gambar 2.56 - Penukar panas tipe TU

Penukar panas jenis ini bisa dalam desain horizontal dan vertikal. Mereka diproduksi dengan diameter 325-1400 mm dengan pipa sepanjang 6-9 m, untuk tekanan nominal hingga 6,4 MPa dan untuk suhu operasi hingga 450 ° C. Massa penukar panas hingga 30 ton.

Untuk memastikan input dan output yang terpisah dari pendingin, partisi disediakan di ruang distribusi (Gambar 2.57).

Penukar panas tipe TU adalah dua-pass di ruang tabung dan satu-atau dua-pass di anulus.

Gambar 2.57 - Bundel tabung dengan tabung-U

Pada perangkat tipe TU, pemanjangan termal bebas pipa dipastikan: setiap pipa dapat mengembang secara independen dari selubung dan pipa yang berdekatan. Perbedaan suhu dinding pipa di sepanjang saluran dalam peralatan ini tidak boleh melebihi 100 °C. Jika tidak, tekanan termal yang berbahaya dapat terjadi pada lembaran tabung karena lonjakan suhu pada garis persimpangan dua bagiannya.

Keuntungan dari desain peralatan tipe TU adalah kemungkinan mengekstraksi bundel tabung secara berkala (lihat Gambar 2.57) untuk membersihkan permukaan luar tabung atau mengganti bundel sepenuhnya. Namun, perlu dicatat bahwa permukaan luar pipa pada perangkat ini tidak nyaman untuk pembersihan mekanis.

Karena pembersihan mekanis permukaan bagian dalam pipa pada perangkat tipe TU praktis tidak mungkin, media yang tidak membentuk endapan yang memerlukan pembersihan mekanis harus diarahkan ke ruang pipa perangkat tersebut.

Permukaan bagian dalam pipa di perangkat ini dibersihkan dengan air, uap, produk minyak panas atau reagen kimia. Kadang-kadang metode hidromekanik digunakan (memasok aliran fluida yang mengandung bahan abrasif, bola keras, dll. ke dalam ruang pipa).

Salah satu cacat paling umum pada penukar panas shell-and-tube tipe TU adalah pelanggaran keketatan sambungan lembaran tabung-ke-tabung karena tegangan lentur yang sangat signifikan yang timbul dari massa tabung dan media. mengalir ke mereka. Dalam hal ini, penukar panas tipe TU dengan diameter 800 mm atau lebih dilengkapi dengan bantalan rol untuk kemudahan pemasangan dan pengurangan tegangan lentur pada bundel tabung.

Kerugian dari penukar panas tipe TU termasuk pengisian casing dengan pipa yang relatif buruk karena keterbatasan yang disebabkan oleh pembengkokan pipa. Biasanya, U-tube dibuat dari pipa fleksibel dalam keadaan dingin atau panas.

Kerugian signifikan dari perangkat tipe TU juga termasuk ketidakmungkinan mengganti pipa (dengan pengecualian pipa eksternal) ketika gagal, serta kesulitan menempatkan pipa, terutama dengan jumlah yang besar.

Karena kekurangan ini, penukar panas jenis ini belum menemukan aplikasi yang luas.

Penukar panas dengan TP tipe kepala mengambang (dengan lembaran tabung bergerak) adalah jenis perangkat permukaan yang paling umum (Gambar 2.58). Tubesheet yang dapat dipindahkan memungkinkan bundel tabung untuk bergerak bebas secara independen dari casing. Dalam perangkat desain ini, tegangan termal hanya dapat terjadi ketika ada perbedaan yang signifikan dalam suhu tabung.

Penukar panas dari kelompok ini distandarisasi sesuai dengan tekanan bersyarat y \u003d 1,6 - 6,4 MPa, menurut diameter tubuh 325-1400 mm dan permukaan pemanas 10-1200 m 2 dengan panjang pipa 3-9 m Massanya mencapai 35 ton Penukar panas digunakan pada suhu hingga 450 °C.

Dalam penukar panas jenis ini, bundel tabung dapat dengan mudah dilepas dari rumahan, yang memfasilitasi perbaikan, pembersihan, atau penggantiannya.

Kondensor dua lintasan horizontal dari tipe TP terdiri dari selubung (10) dan bundel tabung. Lembaran tabung kiri 1 dihubungkan dengan sambungan flens ke casing dan ruang distribusi 2, dilengkapi dengan partisi 4. Ruang ditutup dengan penutup datar 3. Lembar tabung kanan, dapat dipindahkan, dipasang secara bebas di dalam casing dan membentuk "kepala mengambang" bersama dengan penutup 8 yang melekat padanya. Di sisi kepala apung, peralatan ditutup dengan penutup 7. Ketika tabung dipanaskan dan memanjang, kepala apung bergerak di dalam selubung.

Untuk memastikan pergerakan bebas bundel tabung di dalam selubung dalam perangkat dengan diameter 800 mm atau lebih, bundel tabung dilengkapi dengan platform pendukung 6. Pemasangan atas 9 dirancang untuk memasukkan uap dan oleh karena itu memiliki area aliran yang besar; fitting bawah 5 dirancang untuk menghilangkan kondensat dan memiliki dimensi yang lebih kecil.

Koefisien perpindahan panas yang signifikan selama kondensasi praktis tidak tergantung pada mode gerak medium. Baffle transversal dalam ruang annular peralatan ini hanya berfungsi untuk menopang pipa dan untuk menguatkan ikatan tabung.

Meskipun perangkat tipe TP memberikan kompensasi yang baik untuk deformasi termal, kompensasi ini tidak lengkap, karena perbedaan ekspansi termal dari tabung itu sendiri mengarah ke lengkungan lembaran tabung. Dalam hal ini, dalam penukar panas multi-pass tipe TP dengan diameter lebih dari 1000 mm dengan perbedaan suhu yang signifikan (di atas 100 °C) antara saluran masuk dan saluran keluar media dalam bundel tabung, sebagai aturan, potongan kepala mengambang dengan diameter dipasang.

Bagian terpenting dari penukar panas kepala mengambang adalah koneksi antara lembaran tabung mengambang dan penutup. Sambungan ini harus memberikan kemungkinan pelepasan bundel yang mudah dari selubung, peralatan, serta celah minimum antara selubung dan bundel tabung. Opsi yang ditunjukkan pada Gambar 2.59a memungkinkan pelepasan bundel tabung, tetapi celah lebih besar (setidaknya dari pada penukar panas tipe TH) dengan lebar flensa kepala mengambang. Pemasangan menurut skema ini adalah yang paling sederhana; itu sering digunakan dalam evaporator ruang uap.

Penempatan kepala mengambang di dalam penutup, yang diameternya lebih besar dari diameter selubung, memungkinkan Anda untuk mengurangi celah; tetapi pada saat yang sama, pembongkaran peralatan menjadi lebih rumit, karena kepala apung tidak dapat dilepaskan dari selubung penukar panas (Gambar 2.59b).

Bundel tabung kepala mengambang digunakan terutama di evaporator ruang uap.

Dalam perangkat ini, permukaan besar cermin penguapan harus dibuat, sehingga diameter selubung evaporator jauh lebih besar daripada diameter bundel tabung, dan baffle dalam bundel hanya berfungsi untuk meningkatkan kekakuannya. Dalam evaporator (Gambar 2.60), ketinggian cairan dalam selubung (11) dipertahankan oleh sebuah partisi 2. Untuk memastikan volume ruang uap yang cukup dan meningkatkan permukaan penguapan, jarak dari tingkat cairan ke bagian atas selubung kira-kira 30% dari diameternya. Bundel tabung 3 terletak di rumah evaporator pada balok melintang 4.

.

Gambar 2.60 - Evaporator

Untuk kenyamanan pemasangan bundel tabung, palka 10 disediakan di partisi 2 dan kiri bawah, melalui mana kabel dari derek dapat dibawa ke dalam peralatan. Produk dimasukkan ke dalam evaporator melalui pemasangan 5; untuk melindungi bundel tabung dari erosi, baffle 6 dipasang di atas fitting ini Uap dikeluarkan melalui fitting 9, produk melalui fitting 1. Pendingin disuplai ke bundel tabung dan dikeluarkan melalui fitting 7, 8. Beberapa bundel tabung dapat dipasang di perangkat tersebut.

Tabung penukar panas dari peralatan baja shell-and-tube diproduksi secara massal oleh tabung industri yang terbuat dari karbon, baja tahan korosi dan kuningan. Diameter pipa penukar panas secara signifikan mempengaruhi kecepatan pendingin, koefisien perpindahan panas dalam ruang tabung dan dimensi peralatan; semakin kecil diameter pipa, semakin besar jumlah pipa yang dapat ditempatkan di sekitar lingkaran dalam selubung dengan diameter tertentu. Namun, pipa berdiameter kecil menjadi lebih cepat tersumbat saat bekerja dengan pendingin yang terkontaminasi, kesulitan tertentu muncul ketika pembersihan mekanis dan memperbaiki pipa tersebut dengan pembakaran. Untuk alasan ini, yang paling umum digunakan pipa besi dengan diameter luar 20 dan 25 mm. Pipa dengan diameter 38 dan 57 mm digunakan saat bekerja dengan cairan yang terkontaminasi atau kental.

Dengan bertambahnya panjang pipa dan berkurangnya diameter peralatan, biayanya berkurang. Penukar panas termurah dengan panjang pipa 5-7 m.

Pipa dipasang di kisi-kisi paling sering dengan pembakaran (Gambar 2.61a, b), dan sambungan yang sangat kuat (diperlukan jika peralatan dioperasikan pada tekanan tinggi) dicapai dengan mengatur lubang dengan alur melingkar di lembaran tabung, yang diisi dengan logam pipa selama ekspansi (Gambar 2.61b). Selain itu, pipa diperbaiki dengan pengelasan (Gambar 2.61c), jika bahan pipa tidak dapat digambar dan sambungan kaku pipa dengan lembaran tabung dapat diterima, serta penyolderan (Gambar 2.61d), digunakan untuk menyambung terutama pipa tembaga dan kuningan. Kadang-kadang, pipa dihubungkan ke kisi-kisi melalui kelenjar (Gambar 2.61d), yang memungkinkan pergerakan pipa memanjang secara bebas dan kemungkinan penggantian yang cepat. Sambungan seperti itu dapat secara signifikan mengurangi deformasi termal pipa, tetapi rumit, mahal, dan tidak cukup andal.

Metode pengikatan pipa yang paling umum dalam kisi adalah pembakaran. Pipa-pipa tersebut dimasukkan ke dalam lubang-lubang kisi-kisi dengan celah tertentu, kemudian digulung ke dalam dengan alat khusus yang dilengkapi dengan penggulung (rolling). Untuk mengintensifkan perpindahan panas, terkadang turbulator digunakan - elemen yang menggetarkan atau menghancurkan lapisan batas pendingin pada permukaan luar pipa. Keinginan untuk mengintensifkan perpindahan panas dari pendingin yang tidak efisien (gas, cairan kental) menyebabkan perkembangan berbagai desain tabung bersirip. Telah ditetapkan bahwa sirip meningkatkan tidak hanya permukaan pertukaran panas, tetapi juga koefisien perpindahan panas dari permukaan bersirip ke pendingin karena turbulensi aliran oleh sirip. Namun, dalam hal ini, peningkatan biaya pemompaan cairan pendingin perlu diperhitungkan.

Pipa dengan rusuk memanjang (Gambar 2.62a) dan terbelah (Gambar 2.62b) digunakan, dengan rusuk melintang dari berbagai profil (Gambar 2.62c). Sirip pada pipa dapat dibuat dalam bentuk rusuk spiral (Gambar 2.62d), jarum dengan berbagai ketebalan, dll.

Gambar 2.62 - Pipa dengan sirip

Dalam penukar panas shell-and-tube, partisi melintang dan memanjang dipasang.

Penyekat melintang (Gambar 2.63), ditempatkan di anulus penukar panas, dirancang untuk mengatur pergerakan pendingin ke arah tegak lurus terhadap sumbu pipa, dan meningkatkan kecepatan pendingin di anulus. Dalam kedua kasus, koefisien perpindahan panas pada permukaan luar pipa meningkat.

Partisi melintang juga dipasang di ruang annular kondensor dan evaporator, di mana koefisien perpindahan panas pada permukaan luar pipa adalah urutan besarnya lebih tinggi daripada koefisien pada permukaan bagian dalamnya. Dalam hal ini, baffle berperan sebagai penyangga bundel tabung, memperbaiki tabung pada jarak tertentu satu sama lain, dan juga mengurangi getaran tabung.

Penukar panas shell-and-tube (shell-and-tube) horizontal

penukar panas tabung

NORMIT memiliki berbagai macam penukar panas untuk memenuhi kebutuhan apapun. berbagai macam industri. Kami siap untuk menyediakan Klien kami dengan peralatan berkualitas Eropa dengan harga yang wajar.

Tujuan

Penukar panas cangkang dan tabung digunakan untuk perpindahan panas dan proses termokimia antara berbagai cairan, uap dan gas - keduanya tanpa perubahan, dan dengan perubahan keadaan agregasi. Penukar panas shell and tube dapat digunakan

sebagai kondensor, pemanas dan evaporator. Saat ini, desain penukar panas sebagai hasilnya perkembangan khusus dengan mempertimbangkan pengalaman operasi menjadi jauh lebih sempurna.

Keuntungan penukar panas shell and tube:

• Keandalan
• Efisiensi tinggi
• kekompakan
• Berbagai macam aplikasi
• Area pertukaran panas yang besar
• Tidak merusak struktur produk
• Pembersihan dan perawatan yang mudah
• Tidak ada "zona mati"
• Dapat dilengkapi dengan wastafel CIP
• Biaya energi rendah
• Penggunaan yang aman untuk personel

Penukar panas cangkang dan tabung adalah salah satu perangkat yang paling banyak digunakan di area ini, sebagian besar karena desain yang kuat dan banyak pilihan untuk eksekusi sesuai dengan berbagai kondisi operasi.

spesifikasi dapat berubah sesuai dengan persyaratan teknologi Klien:

• aliran fase tunggal, didih dan kondensasi pada sisi panas dan dingin penukar panas dengan desain vertikal atau horizontal
• rentang tekanan dari vakum hingga nilai tinggi
• penurunan tekanan yang sangat bervariasi di kedua sisi karena variasi yang bagus pilihan
• memenuhi persyaratan untuk tekanan termal tanpa peningkatan biaya perangkat yang signifikan
• ukuran dari kecil hingga sangat besar (5000 m2)
• kemungkinan aplikasi berbagai bahan menurut biaya, korosi, rezim suhu dan tekanan
• penggunaan permukaan pertukaran panas yang dikembangkan baik di dalam maupun di luar pipa, berbagai intensifier, dll.
• kemungkinan mengekstraksi bundel tabung untuk dibersihkan dan diperbaiki.

Keterangan

Penukar panas shell and tube terdiri dari bundel tabung yang dipasang pada lembaran tabung, selubung, penutup, ruang, nozel dan penyangga. Ruang tabung dan anulus di perangkat ini dipisahkan, dan masing-masing dapat dibagi dengan partisi menjadi beberapa bagian.

Permukaan perpindahan panas perangkat dapat berkisar dari beberapa ratus sentimeter persegi hingga beberapa ribu. meter persegi. Jadi, kondensor turbin uap berkapasitas 150 MW terdiri dari 17 ribu pipa dengan total permukaan pertukaran panas sekitar 9000 m 2.

Cangkang penukar panas shell-and-tube adalah tabung yang dilas dari satu atau lebih lembaran baja. Selubung berbeda satu sama lain terutama dalam cara mereka terhubung ke penutup dan lembaran tabung. Ketebalan dinding selubung ditentukan oleh tekanan media kerja dan diameter selubung, tetapi diasumsikan paling sedikit 4 mm. Flensa dilas ke tepi silinder selubung untuk koneksi dengan penutup atau bagian bawah. Penopang peralatan dipasang pada permukaan luar selubung.

Tabung penukar panas shell-and-tube terbuat dari pipa lurus atau melengkung (berbentuk U atau W) dengan diameter 12 hingga 57 mm. Pipa baja mulus lebih disukai.

Dalam penukar panas shell and tube area aliran ruang annular adalah 2-3 kali lebih besar dari area aliran di dalam pipa. Oleh karena itu, pada laju aliran yang sama dari pembawa panas dengan keadaan fase yang sama, koefisien perpindahan panas pada permukaan ruang annular rendah, yang mengurangi koefisien perpindahan panas keseluruhan dalam peralatan. Susunan baffle di anulus penukar panas shell-and-tube membantu meningkatkan kecepatan pendingin dan meningkatkan efisiensi perpindahan panas.

Di bawah ini adalah diagram perangkat yang paling umum:

Penukar panas shell dan tabung bisa kaku, non-kaku dan semi-kaku, single-pass dan multi-pass, aliran langsung, aliran berlawanan dan aliran silang, horizontal, miring dan vertikal.

Dalam penukar panas tabung lurus single-pass dari konstruksi kaku, cangkang dan tabung dihubungkan oleh lembaran tabung dan oleh karena itu tidak ada kemungkinan kompensasi untuk ekspansi termal. Perangkat semacam itu memiliki desain yang sederhana, tetapi hanya dapat digunakan pada perbedaan suhu yang relatif kecil antara bodi dan bundel tabung (hingga 50 ° C). Mereka memiliki koefisien perpindahan panas yang rendah karena kecepatan pendingin yang rendah di anulus.

Dalam penukar panas shell-and-tube, area aliran ruang annular adalah 2-3 kali lebih besar dari area aliran tabung. Oleh karena itu, pada laju aliran yang sama dari pembawa panas yang memiliki keadaan agregasi yang sama, koefisien perpindahan panas pada permukaan ruang annular rendah, yang mengurangi koefisien perpindahan panas dalam peralatan. Susunan baffle di ruang annular berkontribusi pada peningkatan kecepatan pendingin dan peningkatan koefisien perpindahan panas.

Dalam penukar panas uap-cair, uap biasanya lewat di ruang annular, dan cairan melewati pipa. Perbedaan suhu antara dinding shell dan pipa biasanya signifikan. Untuk mengimbangi perbedaan perpanjangan termal antara casing dan pipa, lensa, kotak isian atau kompensator bellow dipasang.

Untuk menghilangkan tekanan pada logam karena pemanjangan termal, penukar panas ruang tunggal dengan pipa berbentuk U dan W bengkok juga diproduksi. Mereka bijaksana pada tekanan tinggi pendingin, karena pembuatan ruang air dan pengikatan pipa dalam lembaran tabung di peralatan tekanan tinggi operasi yang kompleks dan mahal. Namun, mesin dengan pipa bengkok tidak dapat menerima tersebar luas karena sulitnya membuat pipa dengan radius lentur yang berbeda, sulitnya mengganti pipa dan tidak nyaman membersihkan pipa yang bengkok.

Perangkat kompensasi sulit dibuat (membran, bellow, dengan pipa bengkok) atau tidak cukup andal dalam pengoperasiannya (lensa, kelenjar). Desain penukar panas yang lebih sempurna dengan pengikatan kaku satu pelat tabung dan gerakan bebas pelat kedua bersama dengan penutup bagian dalam sistem tabung. beberapa peningkatan biaya peralatan karena peningkatan diameter bodi dan pembuatan alas tambahan dibenarkan oleh kesederhanaan dan keandalan dalam operasi. Perangkat ini disebut penukar panas "kepala mengambang". Penukar panas aliran silang berbeda peningkatan koefisien perpindahan panas pada permukaan luar karena fakta bahwa pendingin bergerak melintasi bundel tabung. Dengan aliran silang, perbedaan suhu antara pembawa panas berkurang, namun, dengan jumlah bagian pipa yang cukup, perbedaan dibandingkan dengan aliran balik kecil. Dalam beberapa desain penukar panas seperti itu, ketika gas mengalir di ruang annular dan cairan dalam pipa, pipa dengan rusuk melintang digunakan untuk meningkatkan koefisien perpindahan panas.

Penggunaan yang luas dari penukar panas shell-and-tube dan desainnya tidak boleh mengecualikan penggunaan scraped-off heat exchanger dan tube-in-pipe heat exchanger dalam kasus di mana penggunaannya lebih dapat diterima dari sudut pandang teknologi dan ekonomi. karakteristik.

Spesifikasi teknis:

Model	Tabung Heatex NORMIT 1	Tabung Heatex NORMIT 2	Tabung Heatex NORMIT 3	Tabung Heatex NORMIT 4
Area pertukaran panas, m2
Bahan	AISI 304
Jumlah pipa, pcs
Suhu, °C	hingga 200

Ukuran:

Dimensi keseluruhan, mm	A	B	C
Tabung Heatex NORMIT 1		1500
Tabung Heatex NORMIT 2		1900
Tabung Heatex NORMIT 3		2200
Tabung Heatex NORMIT 4		2600